阿尔斯通电力公司（阿尔斯通）正在为全球能源市场开发一项突破性的 “零排放” 低成本、高效率技术。这种新的发电厂概念基于一种采用高温化学和热循环技术的工艺。基于石灰石的化学循环燃烧（LCL-C™）技术可配置为下一代发电厂，能提供可用于利用或封存的可控二氧化碳流。
由于该技术的复杂性，阿尔斯通正在为化学循环系统开发先进的控制和优化解决方案。2007 年至 2012 年期间，在美国能源部（DOE）先进研究项目的共同资助下，开展了一项关于动态仿真和先进控制的研发项目。阿尔斯通的研发工作集中在动态建模与仿真分析、新传感器和控制装置的设施测试，以及模型预测控制（MPC）和实时优化（RTO）在化学循环过程中的应用。在开发初期，伊利诺伊大学为阿尔斯通提供了先进控制研究方面的支持，重点是基于小波的模型复杂度降低以及基于偏微分方程（PDE）的控制设计与分析。
该项目的一个关键部分是开发一种新的计算方法，用于过程动态仿真，以支持控制开发。控制开发最初侧重于理解基本的传输过程和潜在的过程控制动态。这项工作包括化学循环过程的特性描述、建立固体传输过程数学模型，以及开发离线和实时动态仿真软件以支持控制研究。
这些首创（FOAK）的动态模拟器与阿尔斯通的实验设施相结合，被用于探索先进的控制概念，如适用于化学循环过程的模型预测控制。最近，阿尔斯通位于康涅狄格州的 3 兆瓦热功率原型规模 LCL-C™设施被用作参考，以研究放大建模、仿真和控制规范的制定。
本文介绍了阿尔斯通为展示模型预测控制（MPC）和实时优化（RTO）在其化学循环过程中应用的概念所开展的研究与开发工作。文中提供了 LCL-C™技术的背景和发展现状。然后，阐述了多回路反应流动动态仿真模型的第一性原理建模技术方法，包括：模型离散化、软件和数值仿真开发。在适当的技术层面上呈现了计算研究过程中得到的仿真结果和解决的数值问题。接下来，分享了线性模型预测控制（LMPC）的设计和测试结果，以及非线性模型预测控制（NMPC）的仿真结果。此外，还通过一个包含稳态化学循环模型的初步实时优化示例，介绍了电厂级实时优化（RTO）。文中指出，先进控制运行优化已被确定为具有碳捕集利用与封存功能的化学循环发电电厂的一项关键增强技术。最后，概述了随着阿尔斯通用于清洁化石能源的化学循环技术发展，集成控制与优化的未来发展计划。